(57)【要約】      （修正有）【課題】配線板のレイアウト設計において、電磁界解析、熱分布解析などの解析結果を速やかに得てその評価をレイアウト設計に反映させ、あるいはその妥当性の検証結果を速やかに提供する。【解決手段】基板モジュールごとの回路に関する回路情報、部品実装に関する実装情報、および特性解析に利用する解析モデルを予め格納したモジュールライブラリ記憶部と、所望の配線を実現するためにモジュール間結合に関する指示を入力する入力部と、入力された指示に基づいて、結合すべきモジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合して配線板のレイアウトを決定し、かつ結合すべきモジュールの解析モデルを結合して結合解析モデルを生成するモジュール結合部と、生成された結合解析モデルに基づいてレイアウトの特性解析を行う特性解析部と、前記決定されたレイアウトと、そのレイアウトごとに生成された特性解析の結果とを出力する出力部とを備える。【選択図】図１
2006012049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板モジュールを結合して設計される配線板の設計・検証装置であって、
基板モジュールごとの回路に関する回路情報、部品実装に関する実装情報、および特性解析に利用する解析モデルを予め格納したモジュールライブラリ記憶部と、
所望の配線を実現するためにモジュール間結合に関する指示を入力する入力部と、
入力された指示に基づいて、結合すべきモジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合して配線板のレイアウトを決定し、かつ結合すべきモジュールの解析モデルを結合して結合解析モデルを生成するモジュール結合部と、
生成された結合解析モデルに基づいてレイアウトの特性解析を行う特性解析部と、
前記決定されたレイアウトと、そのレイアウトごとに生成された特性解析の結果とを出力する出力部とを備えた配線板設計・検証装置。
【請求項２】
前記特性解析が電磁界解析を含み、モジュールライブラリ記憶部がモジュールごとの電磁界解析モデルを予め格納し、モジュール結合部がモジュールごとの電磁界解析モデルを結合して結合電磁界解析モデルを出力し、特性解析部が結合電磁界解析モデルに基づく電磁界解析を行う請求項１記載の配線板設計・検証装置。
【請求項３】
電磁界解析モデルが、基板モジュール内の細分化された各領域の電流分布で表わされる電流分布モデルと、基板モジュール内に配置された仮想的な電磁放射源の点で表わされる電磁放射点モデルとの少なくともいずれか一方を含む請求項２記載の配線板設計・検証装置。
【請求項４】
モジュール結合部は、入力部からのモジュール間結合指示に応じて各モジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合すると共に、モジュールごとの電磁界解析モデルを結合し、結合によって決定したレイアウトとそれに対応する結合電磁界解析モデルとを出力するように構成される請求項３記載の配線板設計・検証装置。
【請求項５】
特性解析部は、各基板モジュールから観測点が受ける電磁界の強さを算出し、算出された各電磁界を合成することによって観測点が受ける電磁界の強さを求める請求項２〜４記載の配線板設計・検証装置。
【請求項６】
特性解析部は、電磁放射点モデルを用いて観測点が受ける電磁界の強さを求めた後に、所定の基板モジュール結合領域の内部を電流分布モデルで計算し、観測点が受ける電磁界の強さを求める請求項５記載の配線板設計・検証装置。
【請求項７】
前記特性解析が熱分布解析を含み、モジュールライブラリ記憶部がモジュールごとの熱分布解析モデルを予め格納し、モジュール結合部がモジュールごとの熱分布解析モデルを結合して結合熱分布解析モデルを出力し、特性解析部が結合熱分布解析モデルに基づく熱分布特性解析を行う請求項１記載の配線板設計・検証装置。
【請求項８】
熱分布解析モデルが、節点に配置されてその発熱量が予め決められた発熱源と、節点間を結びその抵抗値が予め決められた熱抵抗から構成される等価回路網を含むモデルである請求項７記載の配線板設計・検証装置。
【請求項９】
熱分布解析モデルが、簡略化レベルが互いに異なる複数の熱分布解析モデルを含む請求項８記載の配線板設計・検証装置。
【請求項１０】
モジュール結合部は、入力部からのモジュール間結合指示に応じて各モジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合すると共に、モジュールごとの熱分布解析モデルを結合し、結合によって決定したレイアウトとそれに対応する結合熱分布解析モデルとを出力するように構成される請求項７記載の配線板設計・検証装置。
【請求項１１】
モジュール結合部が、基板モジュールごとに簡略化レベルが異なる熱分布解析モデルを互いに結合し、熱等価回路を生成する請求項１０記載の配線板設計・検証装置。
【請求項１２】
特性解析部は、各基板モジュールから観測点が受ける熱の影響を算出し、これらを合成することによって観測点が受ける熱の影響を求める請求項７〜１１記載の配線板設計・検証装置。
【請求項１３】
特性解析部は、簡略化された熱分布解析モデルを結合した結合熱分布解析モデルより観測点が受ける熱の影響を求めた後に、所定の基板モジュール結合領域の内部をより詳細なレベルの熱分布解析モデルで計算して観測点が受ける熱の影響を求める請求項１２記載の配線板設計・検証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は配線板のレイアウト設計を行う配線板設計・検証装置に関するものであり、より詳細には、レイアウト設計後直ちに基板の特性解析を実施し、その結果が得られる配線板設計・検証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路の動作周波数が高速化し、その消費電力抑制のために低電圧化し、さらに小型軽量化のために高密度実装化されるにつれて、電子機器の電磁放射や電力消費に伴う発熱への対策が重要となっている。従来は回路試作により対策の効果を検証するのが一般的であったが、上記の変化に伴う課題の高難度化のために最適解を得るまでに度重なる試作を繰り返さなければならないこともしばしばであり、開発速度・コストの両面から開発手法の改善が望まれている。
【０００３】
こうした背景からシミュレーションツールを用いて基板上の電磁放射特性や熱分布を解析し、試作基板作成前の段階で問題解決を支援する手法が採られている。例えば、波形シミュレータ、タイミングシミュレータ、熱シミュレータ、ＥＭＣシミュレータなどの複数のシミュレータを備え、それらの解析結果を利用して配線板設計を行う設計・検証装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、例えばＥＭＣ解析を行うためには、基板の３次元構造をモデル化し、回路印加電圧による基板内の電流分布を積分方程式として数値化してモーメント法等の数値積分手法を用いて求める。求めた電流分布を各印加電圧について重畳して基板内の電流分布を求める。そして、求めた電流分布に基づいて各点の電磁界を解析する方法がとられる。前記のモーメント法によれば、積分方程式を線型方程式に置換して解き、近似解を得ることができるが、それでも計算量が多いためにその演算処理に多大な時間を要する。熱解析の場合は、ＥＭＣ解析程ではないもののやはり解析にかなりの時間を要する。そのため、基板レイアウトを設計した後、即座に各種解析結果を得ることができない。短時間に解析結果を得ることのできる設計・検証装置が求められている。
【０００４】
こういった問題に対して、アルゴリズムの改良や、高速な大型コンピュータの導入などの手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）が、前者についてはまだ実用的な解析時間には到達しておらず、後者の手段で実用的な解析時間を実現するにはコスト面に課題がある。
【０００５】
一方、基板の配線設計について、基板をモジュールに分割してそれらをライブラリ化し、ライブラリ化されたモジュールを用いて基板の配線設計する手法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この手法により、より多くの部品を扱った基板を短時間で設計することができる。
【特許文献１】特開平９−２４５０７６号公報
【特許文献２】特開平１０−３１９０６９号公報
【特許文献３】特開平６−３２５１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにモジュール化設計の技術が進む事により、配線設計時間が短縮される一方で、基板上の部品数は増すため、基板レイアウト設計後の解析モデル生成や解析がより複雑となり、解析結果を得るまでに多大な時間を要してしまう。そのため配線設計時間と解析時間の差が開き、現状のままでは開発期間のほとんどを解析時間に費やしてしまうことになる。解析時間を減らすためにモデルを簡略化する方法もあるが、モデルの簡略化には、簡略化モデルの作成に時間を要するばかりでなく、簡略化の解析精度に対する影響が単純に予測できないために高度な知識が要求される。
【０００７】
以上に述べた課題解決のために、本発明ではライブラリ化された基板モジュールに対応する電磁界解析モデル、熱分布解析モデルをあらかじめ準備しておくことにより、配線設計時の解析処理量を減らして設計者が基板モジュールを用いて基板レイアウト設計を行った後、ただちに電磁放射特性、熱分布解析結果が得られ、効率的な基板レイアウト設計を行うことのできる基板配線設計・検証装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、複数の基板モジュールを結合して設計される配線板の設計・検証装置であって、基板モジュールごとの回路に関する回路情報、部品実装に関する実装情報、および特性解析に利用する解析モデルを予め格納したモジュールライブラリ記憶部と、所望の配線を実現するためにモジュール間結合に関する指示を入力する入力部と、入力された指示に基づいて、結合すべきモジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合して配線板のレイアウトを決定し、かつ結合すべきモジュールの解析モデルを結合して結合解析モデルを生成するモジュール結合部と、生成された結合解析モデルに基づいてレイアウトの特性解析を行う特性解析部と、前記決定されたレイアウトと、そのレイアウトごとに生成された特性解析の結果とを出力する出力部とを備えた配線板設計・検証装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の配線板設計・検証装置は、基板モジュールごとの回路に関する回路情報、部品実装に関する実装情報、および特性解析に利用する解析モデルを予め格納したモジュールライブラリ記憶部を備え、結合すべきモジュールの解析モデルを結合して結合解析モデルを生成するように構成されるので、予め格納され基板モジュールごとの解析モデルを用いてレイアウトの特性解析を従来よりも短時間で行うことができる。設計者は得られた解析結果に基づく配線の修正とその検証が速やかに行えるので、限られた設計期間の中で配線板設計に係る特性が設計の目標基準を達成しているかどうかを十分に検証することができる。従って、優れた品質と高い信頼性を持つ商品を創出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の配線板設計・検査装置は、配線板のレイアウト設計を行うための設計情報を共通利用可能なモジュールに分割してモジュールごとの回路に関する回路情報と部品実装に関する実装情報と特性解析に関する解析モデルとを予め格納するモジュールライブラリ記憶部と、所望の配線を実現するためにモジュール間結合に関する指示を入力する入力部と、指示に応じて、各モジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合して配線板のレイアウトを決定して出力し、各モジュールの解析モデルを結合してレイアウトに対応する結合解析モデルを出力するモジュール結合部と、結合解析モデルに基づいてレイアウトの特性解析を行う特性解析部と、レイアウトと特性解析との結果を出力する出力部とを備え、モジュールごとの解析モデルを結合して得た結合特性解析モデルの解析結果がレイアウト決定ごとに得られるように構成されることを特徴とする。
ここで、モジュールとは配線板の一部領域部分であり、例えば実装部品ごとにその周囲の配線板の領域を含めたものであってもよく、あるいは複数の部品を組み合わせて所定の機能を達成する回路を単位とするものであってもよい。回路情報とは、例えば基板モジュールの外部との結合ノードが入力であるか、出力であるかといった情報や、信号電圧レベルなど基板モジュールの電気的特性に関する情報である。実装情報とは、例えば基板モジュールのどの位置にどの部品が実装されているか、基板モジュールの各パターンが部品のどの端子と接続されているかといった情報である。部品情報は、回路に実装される部品の電気的特性や機械的特性であり、例えば、部品の各端子の信号の内容や定格などのような内容である。解析モデルとは、特性解析を行う際に基板モジュールの持つ特性を目的に応じた態様で表現したものである。その一例は、本願明細書の実施例に記載している。
配線板のレイアウトとは、例えば、配線板上に置かれる配線パターンの物理的な配置や、そのパターンに接続される端子やパターンとの接続に関する情報である。
【００１１】
前記特性解析が電磁界解析を含み、モジュールライブラリ記憶部がモジュールごとの電磁界解析モデルを予め格納し、モジュール結合部がモジュールごとの電磁界解析モデルを結合して結合電磁界解析モデルを出力し、特性解析部が結合電磁界解析モデルに基づく電磁界解析を行うようにしてもよい。こうすれば、基板レイアウトにその特性が大きく依存する電磁界解析を効率的に行うことができるので、設計段階で配線板設計に係る電磁界特性が目標基準を達成しているかどうかを十分に検証することができる。従って、優れた品質と高い信頼性を持つ商品を創出することができる。ここで、電磁界解析は、例えば、基板上の部品が他の部品や回路に流れる電流との電磁的結合によって影響を受けて誤動作するおそれがないかどうかの検証や、基板から放射される電磁界が、基板の外部に与える影響の検証を目的とする解析である。
【００１２】
さらに、電磁界解析モデルが、基板モジュール内の細分化された各領域の電流分布で表わされる電流分布モデルと、基板モジュール内に配置された仮想的な電磁放射源の点で表わされる電磁放射点モデルとの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。このようにすれば、電磁界解析モデルは、近接領域で特に精度の良い解析結果が得られる電流分布モデルと、電流分布モデルよりも少ない計算処理量で遠方の電磁放射源に対して十分な精度が得られる電磁放射点モデルの少なくとも何れか一方を含む。
【００１３】
また、モジュール結合部は、入力部からのモジュール間結合指示に応じて各モジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合すると共に、モジュールごとの電磁界解析モデルを結合し、結合によって決定したレイアウトとそれに対応する結合電磁界解析モデルとを出力するように構成してもよい。このようにすれば、モジュール間結合が一致するレイアウトの結合処理と結合電磁界解析モデルの結合処理とを一括して処理することができ、効率的に処理が行われると共に、レイアウト決定と同時に特性解析のための結合特性解析モデルが得られるので、速やかに特性解析を行うことができる。
【００１４】
さらにまた、特性解析部は、各基板モジュールから観測点が受ける電磁界の強さを算出し、算出された各電磁界を合成することによって観測点が受ける電磁界の強さを求めるようにしてもよい。さらに、特性解析部は、電磁放射点モデルを用いて観測点が受ける電磁界の強さを求めた後に、所定の基板モジュール結合領域の内部を電流分布モデルで計算し、観測点が受ける電磁界の強さを求めるようにしてもよい。こうすれば、計算処理量の少ない電磁放射点モデルを用いて観測点が受ける電磁界の強さを求め、近傍のみを高い精度の解析結果が得られる電流分布モデルで計算するので、速い計算処理と高い精度を両立させた解析を実現することができる。
【００１５】
前記特性解析が熱分布解析を含み、モジュールライブラリ記憶部がモジュールごとの熱分布解析モデルを予め格納し、モジュール結合部がモジュールごとの熱分布解析モデルを結合して結合熱分布解析モデルを出力し、特性解析部が結合熱分布解析モデルに基づく熱分布特性解析を行うようにしてもよい。このようにすれば、基板レイアウトにその特性が大きく依存する熱分布特性の解析を効率的に行うことができるので、設計段階で配線板設計に係る熱分布特性が目標基準を達成しているかどうかを十分に検証することができる。
従って、優れた品質と高い信頼性を持つ商品を創出することができる。ここで、熱分布解析とは、基板に配置された回路素子の動作による発熱が、基板の各点にどの程度の熱的影響、即ち温度上昇をもたらすかを検証するための解析をいう。
【００１６】
さらに、熱分布解析モデルが、節点に配置されてその発熱量が予め決められた発熱源と、節点間を結びその抵抗値が予め決められた熱抵抗から構成される等価回路網を含むモデルであってもよい。さらに、熱分布解析モデルが、簡略化レベルが互いに異なる複数の熱分布解析モデルを含んでいてもよい。互いに異なる簡略化レベルの熱分布解析モデルを含むことによって、用途に応じて計算量と精度の兼ね合いを最適に選択することができ、処理速度と解析精度を両立させることができる。
【００１７】
また、モジュール結合部は、入力部からのモジュール間結合指示に応じて各モジュールの回路情報ならびに実装情報を互いに結合すると共に、モジュールごとの熱分布解析モデルを結合し、結合によって決定したレイアウトとそれに対応する結合熱分布解析モデルとを出力するように構成されていてもよい。このようにすれば、モジュール間結合が一致するレイアウトの結合処理と結合熱分布解析モデルの結合処理とを一括して処理することができ、効率的に処理が行われると共に、レイアウト決定と同時に特性解析のための結合特性解析モデルが得られるので、速やかに特性解析を行うことができる。
【００１８】
さらにまた、モジュール結合部が、基板モジュールごとに簡略化レベルが異なる熱分布解析モデルを互いに結合し、熱等価回路を生成するようにしてもよい。こうすれば、例えば、着目点付近のモジュールには詳細な熱分布解析モデルを用い、着目点から離れたモジュールには簡略化された熱分布解析モデルを用いて解析できるので、速い計算処理と高い精度を両立させた解析を実現することができる。
【００１９】
また、特性解析部は、各基板モジュールから観測点が受ける熱の影響を算出し、これらを合成することによって観測点が受ける熱の影響を求めるようにしてもよい。さらに、特性解析部は、簡略化された熱分布解析モデルを結合した結合熱分布解析モデルより観測点が受ける熱の影響を求めた後に、所定の基板モジュール結合領域の内部をより詳細なレベルの熱分布解析モデルで計算して観測点が受ける熱の影響を求めるようにしてもよい。このようにすれば、着目点付近のモジュールには詳細な熱分布解析モデルを用い、着目点から離れたモジュールには簡略化された熱分布解析モデルを用いて解析できるので、速い計算処理と高い精度を両立させた解析を実現することができる。
【実施例】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の基板配線設計・検証装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のライブラリ化されたモジュールを用いて基板レイアウトの設計・検証を行う基板配線設計・検証装置の構成の一例を示すブロック図である。図１の基板モジュールライブラリ１は、設計に用いる基板モジュールごとの回路の電気的特性に関する回路情報、基板に実装される部品の接続配置に関する実装情報および実装される各部品の電気的特性ならびに機械的特性に関する部品情報が記憶された記憶装置である。基板モジュールライブラリ１には、さらに、電磁界解析モデルと熱分布解析モデルが各モジュールごとにあらかじめ記憶されている。
【００２１】
図２は、図１の基板モジュールライブラリ１が記憶しているデータの構成示したブロック図である。基板モジュールライブラリ１は、複数の基板モジュール１１を含む。基板モジュール１１は、基板モジュールの種類ごとにライブラリ化された情報であって、回路情報１２、実装情報１３、電磁界解析モデル１４、熱分析解析モデル１５および部品情報１６を含む。
【００２２】
回路情報１２は、基板モジュール１１の回路情報を示しており、基板レイアウト設計者は入力部２においてこの情報を参照して設計を行う。実装情報１３は基板モジュール１１において使用される部品、部品位置等の実装情報を示しており、入力部２で設計者が参照すると共に、モジュール結合部３内の基板レイアウト生成部４において基板レイアウト生成に用いられる。電磁界解析モデル１４は、電磁界解析に用いるための電磁界解析モデルをその基板モジュールについてモデル化したものである。電磁界解析モデルの一例は、回路印加電圧による基板内の電流分布を積分方程式として数式化してモーメント法を用いて求め、求めた電流分布を各印加電圧について重畳した基板内の電流分布である。あるいは電磁界解析モデルの異なる一例は、前記のようにして求めた電流分布に基づいて基板モジュール内に配置した仮想的な電磁放射点である。電磁放射点モデルは、電流分布のモデルに比べて近似精度は劣るものの、解析処理が単純化される。以後、この点を電磁放射点と称す。熱分布解析モデル１５は、熱分布特性解析に用いるための熱分布解析モデルをその基板モジュールについてモデル化したものである。熱分布解析モデルの一例は、ノードに配置された発熱源とそれらの間を結ぶ熱抵抗とからなる等価回路網である。本発明によれば、各基板モジュール１１内に予め算出され再利用可能な電磁界解析モデル１４、熱分布解析モデル１５を含むので、電磁界解析あるいは熱分布解析時に基板モジュールごとに既に準備されているこれらのデータを用いて解析処理を行うことができる。これによって、電磁界解析、熱分布解析の結果を従来よりも短時間で得ることができる。
【００２３】
また、部品情報１６は、基板モジュール１１内で使用されている全ての部品についての情報が格納されている。基板モジュール１１の回路情報１２あるいは実装情報１３は、基板モジュール内で使用する部品の情報を含み、それらの部品の特性については、部品情報１６を参照する。
また、図１の入力部２は、例えばキーボードやマウス等の入力手段であり、基板レイアウト設計者はそれらを用いて、基板レイアウト設計に必要な情報（使用する基板モジュールの選択情報、モジュール接続情報、各モジュールの動作条件等）を入力する。
【００２４】
モジュール結合部３は、入力部２から入力された前記情報に基づき各モジュールの結合処理を行う。まず、基板レイアウト生成部４は結合処理された各モジュールの回路情報１２および実装情報１３に基づいて、基板レイアウトデータを生成する。基板レイアウト生成部４が生成した基板レイアウトデータは基板レイアウト出力部２２において出力可能な形式のデータに変換され、出力部２０に出力される。基板レイアウトを決定するこれら一連の処理は、従来の設計・検証装置でも行われているので、これ以上の詳細な、処理の説明は省略する。モジュール結合部３および基板レイアウト出力部２２は、例えばコンピュータとコンピュータが読み取り可能なプログラムが記憶されたＲＯＭやハードディスクなどの記憶装置、ＲＡＭを用いて実現することができる。
【００２５】
出力部２０は、例えばＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示手段である。あるいは、プリンタ等の印刷手段であってもよい。また、基板レイアウト出力部２２のデータは、必要に応じて記憶部２１に格納される。
記憶部２１は、例えばハードディスクなどの記憶装置である。あるいは、光磁気ディスク記録装置であってもよい。記憶部２１がハードディスクであるばあい、基板モジュールライブラリ１と同じハードディスクを共用するように構成してもよい。
【００２６】
モジュール結合部３は、さらに電磁界解析モデル結合部５と熱分布解析モデル結合部８とを含む。電磁界解析モデル結合部５は、入力部２から入力された前記情報に基づいて各基板モジュール１１の電磁界解析モデル１４を結合し、基板全体の結合電磁界解析モデルを生成する。電磁界解析部６は、結合された結合電磁界解析モデルを用いて電磁界解析を実行する。電磁界解析部６は、例えばコンピュータとコンピュータが読み取り可能なプログラムが記憶されたＲＯＭやハードディスクなどの記憶装置、ＲＡＭを用いて実現することができる。電磁界解析によって得られた結果は、電磁界解析結果出力部７へ送られて出力可能なデータに変換された後、出力部２０へ出力される。
【００２７】
熱分布解析モデル結合部８は、入力部２から入力された前記各情報に基づいて熱分布解析モデル１５を結合し、基板全体の結合熱分布解析モデルを生成する。熱分布解析部１０は、結合された結合熱分布解析モデルを用いて熱分布特性解析を実行する。熱分布解析部９は、結合された結合熱分布解析モデルを用いて熱分布解析を実行する。熱分布解析部９は、例えばコンピュータとコンピュータが読み取り可能なプログラムが記憶されたＲＯＭやハードディスクなどの記憶装置、ＲＡＭを用いて実現することができる。熱分布特性解析によって得られた結果は、熱分布解析結果出力部１０へ送られて出力可能なデータに変換された後、出力部２０へ出力される。
【００２８】
基板レイアウト設計者は、電磁特性界解析の結果あるいは熱分布特性解析の結果を参照し、解析の結果が目標の基準を満足しない場合はレイアウト設計を見直し、見直したレイアウト設計に基づいてモジュール接続情報等を入力部２から再入力してレイアウト設計と各解析とを反復する。
【００２９】
以下に、電磁界解析モデル１４の詳細についてさらに述べ、それらを結合した結合電磁界解析モデルを生成し、生成した解析モデルに基づいて電磁界解析を行って解析結果を得るまでの流れを説明する。
図３は、基板モジュール１１の実装と、それに対応する電磁界解析モデル１４を示す説明図である。図３（ａ）は、基板モジュール１１のレイアウトパターンと部品実装の状態を示している。電磁界解析モデル１４は図で示したような基板モジュール１１を切り出した時の実装情報１３と実装されている部品の部品情報１６に対応して生成されている。図３（ｂ）は電流分布モデルの様子を示したものであり、基板モジュール１１に電流が流れ、回路が実際に動作した状態での基板上の電流分布を示している。基板モジュール１１内の電流分布は、既に計算されたものが前述の電磁界解析モデル１４として基板モジュールライブラリ１中に基板モジュールごとに記憶されている。また、図３（ｃ）は、電磁放射点モデルの様子を示したものである。電磁放射点モデルは、電磁界解析モデル１４の一例であって電磁放射量が特に大きい点に仮想の電磁放射点を配置し、基板からの電磁放射を各電磁放射点からの放射に置き換えて表現したモデルである。各電磁放射点は、それぞれの指向性を電磁放射特性として持つ。電磁放射点モデルによる解析は、近傍での電磁界を求める場合には解析精度が悪く実際の測定値とかなり異なるが、遠方での電磁界を求める近似としては十分である。電磁放射点による電磁放射モデルでは十分な解析精度が得られないときは、電流分布モデルを用いればよい。
【００３０】
図４は、これらの電磁界解析モデルを数値データとして格納するデータテーブルの一例示す説明図である。図４は、電流分布と電磁放射点の２種類の電磁界解析モデルをそれぞれ数値データのテーブルとして格納する例を示している。電流分布モデルは、基板モジュールをさらに細かな領域に分割し、分割した各領域の位置、電流の基準方向からの角度（電流の方向を示すものである）、電流の強さをデータとして格納している。また、電磁放射点モデルは、基板モジュール内に配置された仮想の各電磁放射点の位置と、各電磁放射点について基準方向からの角度（即ちある方向を示す）に対する放射電磁界の強さをデータとして格納している。また、後述するように位相のファクタを格納するようにしてもよい。図４のテーブルは、電磁界解析モデルの表現方法の一例を示すものであるが、表現方法はこれに限らず数式などであってもよい。
【００３１】
図４に示す電流分布モデルの数値は、例えば次のようにして求められる。まず、基板モジュール内の主な回路印加電圧を想定し、それらの回路印加電圧によって発生する基板内の各領域の電流分布を積分方程式として数式化する。そして、モーメント法等の数値積分手法を用いてその解を求める。そして、求めた電流分布を各印加電圧について重畳すると基板モジュール内の電流分布が求められる。また、電磁放射点モデルは、電流分布のモデルから仮想の電磁放射点の配置とその大きさ、指向性を決めて近似的なモデル求める。これらのモデル化を行うための演算処理量は多大であり、処理には時間を要するが、本発明では基板モジュール１１ごとに前もってこの演算を行ってその結果を再利用可能な形で記憶しているので、レイアウト設計時にモジュール内の解析を行う時間が大幅に短縮される。さらに、最適なモデルの簡略化を予め行うことができるため、設計の都度、適切な解析結果を得るための簡略化を考慮する必要が無く、使用者の高度な知識を必要としない。
【００３２】
電磁界解析モデル１４は、基板モジュール１１が使用される環境（電流・電圧の大きさ等）が場面により変化することを想定し、それらの使用環境に応じた複数の電流分布、電磁放射特性を含んでいる。レイアウト設計者は、各基板モジュールをどのような使用状況で用いるかを決定し、それに対応した電磁界解析モデルを用いる。前記選択は、電磁界解析モデルの種類の選択、即ち電流分布モデルかあるいは電磁放射点モデルかの選択を含んでいてもよい。選択した電磁界解析モデルの特性に基づいて電磁界解析を行う。
【００３３】
電磁界解析モデル１４の接続は、電磁界解析モデル結合部５において処理される。この接続処理は、基板レイアウト生成部４での基板モジュール結合に対応するため、モジュール結合部３は、基板レイアウト生成と同時に結合電磁界解析モデルを生成することが可能である。図５は、モジュール結合による基板レイアウト生成に対応して電磁界解析モデル１４が結合されることを模式的に示す説明図である。図５に示すように、基板モジュール１１の結合による基板レイアウト生成と同時に、対応する基板モジュールの電磁界解析モデル１４が結合され、結合電磁界解析モデルが生成される。
【００３４】
図１１は、電磁界解析モデル結合部５が行う処理の内容を示すフローチャートである。
入力部２において新たに追加する基板モジュール１１、その配置箇所を指定された時、電磁界解析モデル結合部５は基板レイアウト生成部４と並行して動作を始める。ステップＳ１１において、入力部２で指定された基板モジュール１１に対応する電磁界解析モデル１４を呼び出す。ステップＳ１２において、基板モジュール１１間の境界上の電流分布を隣り合う電流分布情報から補完する。ステップＳ１３では、位置情報の設定が行われる。
最初に指定された基板モジュール１１内の任意の箇所に原点を設け、電磁界解析モデル１４から電流分布、電磁放射点の位置をそれぞれ決める。以後、基板モジュール１１が追加される度に、追加された基板モジュール１１に対応する電磁界解析モデル１４中の、電流分布、電磁放射点の位置情報をそれぞれ決める。ステップＳ１４において、レイアウトが完了したか判断する。この判断はユーザーが判断し、入力部２において決定される。レイアウトが完了していない場合、入力部２において新たに追加される基板モジュール１１に応じて、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返す。処理が完了した場合は、ステップＳ１５において結合電磁界解析モデルの生成が完了し、電磁界解析部６へデータが送られる。
【００３５】
電磁界解析部６は、電磁界解析モデル結合部５によって結合された結合電磁界解析モデルを用いて、任意の点における電磁界を計算し、相互の電磁的結合による影響を求める。
より詳細には、例えば、以下のような処理を行う。ある基板モジュールに着目し、この基板モジュールが結合された他の基板モジュールから受ける電磁放射の量を算出する。図６は図示しない基板モジュール１１ａに対応する電磁界解析モデル１４ａが、１１ｂ，１１ｃ…に対応する電磁界解析モデル１４ｂ，１４ｃ…と電磁的に結合されて影響を受ける様子を示した説明図である。電磁界解析モデル１４ａ内の素子Ａは、自身の基板モジュール内からだけでなく、他の電磁界解析モデル１４ｂ，１４ｃ…からも電磁放射の影響を受ける。これらの電磁放射の影響量の算出は、単に各電磁界解析モデル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…からの電磁放射量をスカラ量として加算するのでなく、それぞれの電磁界解析モデル１４上にある各電磁放射点との配置関係を考慮してベクトル演算を行って求める。即ち、素子Ａが受ける周囲からの電磁放射の影響は、電磁解析モデルの各電磁放射点からの電磁放射を３次元ベクトル的に加算して求められる。各電磁放射点で位相的に一定の相関関係があり、位相的な関係を考慮して計算したほうが精度のよい解析結果が得られる場合は、電磁界解析モデルの数値に位相のファクタｐ（ただし、０＜ｐ＜＝１）の項目を持たせ、ファクタを乗算して電磁放射の影響を求めるようにしてもよい。
【００３６】
図１２は、電磁界解析部６が行う処理の内容を示すフローチャートである。ステップＳ２１において各基板モジュール１１について他の基板モジュール１１から影響を受ける電磁放射の量を他の基板モジュールが持つ電磁界解析モデル１４のデータと電磁界解析モデル結合部５で得られる位置情報から算出する。ステップＳ２２において各基板モジュール１１の電磁放射点より遠方の電磁輻射量を算出する。遠方の指定はユーザーによって行われ、例えば半径３ｍの球と指定すると、球状の電磁輻射量が算出される。ステップＳ２３において、ここまでの解析結果データが電磁界解析結果出力部２２へ送られる。ステップＳ２４において、解析を完了するか判断する。ユーザーが簡易解析のみを求めている場合、解析は終了し、更に詳細な解析を求めている時には解析を続行する。解析を続行する場合においても、詳細な解析を実行中に簡易解析の結果を参照する事が可能である。解析が続行される場合、ステップＳ２５において電磁界解析モデル１４内の電流分布モデルを用いて、各基板が受ける電磁放射量を算出し、ステップＳ２６において、電流分布モデルを用いて電磁輻射量の算出が行われる。それらの結果はステップＳ２７において電磁界解析結果出力部２２へ送られ、ステップＳ２８において解析が完了する。
【００３７】
あるいは、基板からの輻射量の解析を行う場合には、基板から離れた任意の点について、結合電磁界解析モデル１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…に含まれるすべての電磁放射点の電磁放射特性より、各電磁放射点からの輻射量を求め、すべての電磁放射点についてベクトル加算を行って基板全体からの電磁輻射量を算出する。
【００３８】
あるいは、任意の点における電磁界は、電流分布モデルを用いて求めることができる。
電流分布モデルの場合は、例えば基板モジュール内の電流分布をメッシュ状の細かな領域に分割し、各領域の電流分布から素子Ａに誘導される電磁界の影響を求める。そして、メッシュの各領域からの電磁的影響をベクトル的に加算して求めることができる。電流分布モデルを用いることにより、特に距離的に近い領域からの電磁的な影響を精度良く求めることができる。しかし、通常の場合は電磁放射点モデルに比べて、メッシュ領域の数が多いので演算処理に時間がかかる。
【００３９】
素子Ａが遠方の基板モジュール１１ａ，１１ｂ…から受ける電磁波を求めた後、近くの基板モジュール、例えば自分自身の基板モジュール１１からの影響を電流分布モデルを用いて計算し、これらを重畳することによって電磁放射の影響量を求めるようにしてもよい。あるいは、近傍の複数の基板モジュールを電流分布モデルを用いて計算してもより。
このようにすれば、近傍の基板モジュールからの影響が精度良く求められ、しかも遠方の基板モジュールの影響は単純な演算処理でかつ十分な精度で求めることができる。
電磁界解析部６で求めた解析結果は、電磁界解析結果出力部７において出力部２０へ出力可能なデータ形式に変換され、出力部２０へ送られて電磁放射特性の解析結果が表示あるいは印字される。
【００４０】
次に、熱分布解析モデル１５の詳細について述べ、それらを結合した結合熱分布解析モデルを生成し、生成した解析モデルに基づいて熱分布解析を行って解析結果を得るまでの流れを説明する。
図７は、基板モジュール１１の実装と、それに対応する熱分布解析モデル１５を示す説明図である。図７（ａ）は、基板モジュール１１のレイアウトパターンと部品実装の状態を示している。図７（ｂ）〜（ｄ）は熱分布解析用のモデルをそれぞれ示したものであり、複数の節点（ノード）と、ノードに配置された熱源と、ノード間あるいはノードと外部との間の熱抵抗からなる等価回路網から構成される。熱分布解析モデルのうち、図７（ｂ）は、最も詳細な熱分布解析用のモデルである。点線で示した熱抵抗は大気中への放射を示す熱抵抗であり、図では代表して一つの節点についてのみ示しているが、実際には各々の節点がそれぞれの熱抵抗を持つ。部品が位置する部分の節点では、基板モジュール１１を動作させた時に発生する各部品の熱量を持つ。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の熱分布解析モデルよりもやや簡略化した熱分布解析モデルである。図７（ｄ）は、最も簡略化した熱分布解析モデルであり、１つの熱量を持つ節点と、各方向の熱抵抗を持つ。熱分布解析モデル１５は、これら詳細なモデルから簡略化されたモデルまでの複数種類のモデルを持っていてもよい。あるいは、図７（ｃ）のような中間的なモデルを持たず、詳細なモデルと簡略化されたモデルの２つのレベルのモデルだけであってもよい。この時、設計者は簡略化されたモデルのうちどの簡略化レベルのものを選択するかということだけを考慮すればよく、簡略化に関する特別な知識を必要としない。あるいは、熱分布解析モデルは、前記いずれか１つのレベルのモデルだけであってもよい。
【００４１】
図８は、これらの熱分布解析モデルを数値データとして格納するデータテーブルの一例を示す説明図である。各基板モジュール１１はこのような数値化された熱量、熱抵抗を熱分布解析モデルとして持つ。図８に示すように、熱分布解析モデルは、その簡略化レベルが互いに異なる複数の解析モデルを含む。各解析モデルは、複数のノードと複数の熱抵抗で構成さる。各ノードは、位置と、発熱の情報が記憶される。その位置に発熱体が配置されないノードの発熱は０である。各熱抵抗は、それが接続される両端のノードと、抵抗値とが記憶される。外部、即ち空気への放散を示す熱抵抗は、その一端が外部に接続される。
【００４２】
熱分布解析モデル１５の接続は、熱分布解析モデル結合部８において処理される。この接続処理は、基板レイアウト生成部４での基板モジュール結合に対応するため、モジュール結合部３は、基板レイアウト生成と同時に結合熱分布解析モデルを生成することが可能である。図９は、モジュール結合による基板レイアウト生成に対応して熱分布解析モデル１５が結合されることを模式的に示す説明図である。図９に示すように、互いに接合される基板モジュール１１の間に新たな節点を設け、それらのノードを介してそれぞれの基板モジュール１１を接続する。図９は、最も簡略化された熱分布解析モデル１５同士の結合を示したものであるが、好ましくはレイアウト設計者が、基板モジュール１１ごとにどのレベルに詳細化された熱分布解析モデル１５を用いるかを選択できるように構成される。
図１０は、互いに簡略化レベルの異なる熱分布解析モデル同士の結合を示す説明図である。図１０では、左側のものが詳細化された熱分布解析モデル１５であり、右側のものが簡略化された熱分布解析モデル１５であって、両者の結合を示している。この結合の場合、簡略化された熱分布解析モデル１５同士を結合する場合と同様に基板モジュール１１間に節点を設ける。そして、両側の熱分布解析モデルのそれぞれの熱抵抗をその節点に繋ぎ合わせる。このようにして異なる簡略化レベルの熱分布解析モデルを基板全体に渡って結合することにより、基板の熱分布解析に必要な熱等価回路を生成して結合熱分布解析モデルを得る。
【００４３】
図１３は、熱分布解析モデル結合部８が行う処理の内容を示すフローチャートである。
入力部２において新たに追加する基板モジュール１１、その配置箇所を指定された時、熱分布解析モデル結合部８は基板レイアウト生成部４と並行して動作を始める。ステップＳ３１において、入力部２で指定された基板モジュール１１に対応する熱分布解析モデル１５を呼び出す。ステップＳ３２において、結合される熱分布解析モデルの境界上に節点を生成し、熱分布解析モデル上の熱抵抗と接続する。ステップＳ３３では、位置情報の設定が行われる。最初に指定された基板モジュール１１内の任意の箇所に原点を設け、熱分布解析モデル１５に含まれる節点の位置情報から結合熱分布解析モデル上の節点の位置をそれぞれ決める。以後、基板モジュール１１が追加される度に、追加された基板モジュール１１に対応する熱分布解析モデル１５中の、節点の位置情報をそれぞれ決め、境界上に補完された節点の位置情報も決定する。ステップＳ３４において、レイアウトが完了したか判断する。この判断はユーザーが判断し、入力部２において決定される。レイアウトが完了していない場合、入力部２で新たに追加される基板モジュール１１に応じて、Ｓ３１〜Ｓ３３の処理を繰り返す。処理が完了した場合は、ステップＳ３５において結合熱分布解析モデルの生成が完了し、熱分布解析部９へデータが送られる。
【００４４】
熱分布解析部９は、得られた結合熱分布解析モデルから、その熱等価回路に基づいて、熱分布解析を行う。即ち、結合熱分布解析モデルによって与えられる熱等価回路から連立方程式を作成し、それを解くことによって、ある基板モジュール内のそれぞれの節点からの発熱（等価回路の電圧に相当）について、それによって基板内の各ノードにおける熱量（等価回路の各ノードの電圧に相当）を算出する。
【００４５】
ある基板モジュール内の各ノードについて、それによる基板内の各ノードでの熱量を算出した後、基板内のすべての基板モジュール１１について同様の計算を行う。そして、それらの算出結果を重畳することによって、基板内の全てのノードの発熱による熱量を各ノードについて求める。このようにして基板全体の各ノードにおける熱量を求めることができる。ここで、ある基板モジュールの熱分布は、それに近い領域の発熱源による影響が大きいことが想定されるので、この性質を利用して高い解析精度と少ない演算処理を両立させる方法が考えられる。即ち、ある基板モジュールの熱分布解析を行う際には、着目している基板モジュールについては最も詳細な熱分布解析モデルを適用し、それ以外の基板モジュールは簡略化された熱分布解析モデルを適用して各ノードの熱量を求めるようにすればよい。あるいは、全ての基板モジュールについて簡略化された解析モデルを用いて各ノードにおける熱量を求めた後、着目する基板モジュールについて、外部の基板モジュールと接続される各節点の熱量を境界条件として、その基板モジュールを最も詳細な熱分布解析モデルに置換して再計算し、基板モジュール内の最終的な熱分布を算出するようにしてもよい。また、近傍の複数の基板モジュールを詳細な熱分布解析モデルに置換してもよい。いずれの方法を用いるかは求められる解析精度や基板の規模、装置の演算処理能力に応じて適宜選択すればよい。
【００４６】
図１４は、熱分布解析部９が行う処理の内容を示すフローチャートである。ステップＳ４１において、結合熱分布解析モデルから得られる熱等価回路から連立方程式が作成される。ステップＳ４２において、連立方程式が解かれ、各ノードの熱量が算出される。ステップＳ４３において解析は完了し結果が熱分布解析結果出力部１０へ送られる。
【００４７】
このようにして熱分布解析部９で得られた解析結果は、熱分布解析結果出力部１０において出力部２０へ出力可能なデータ形式に変換されて出力され、出力部２０へ送られて基板全体の熱分布特性が表示あるいは印字される。すべての基板モジュール１１を詳細なモデルを指定して解析を行った場合においても、発熱量、熱抵抗は前もって解析された値を用いられるため、熱抵抗、熱量の算出から解析モデルを作成する必要が無く、大幅に解析時間が短縮される。
【００４８】
設計者は、このようにして得られた電磁解析結果および熱分布解析結果から現状の基板レイアウトが基準目標を達成し、良好な特性を有するかあるいは何らかの問題点を有するかを判断する。解析結果が目標基準を満足しない場合は、基板レイアウトを変更し、設計変更した内容に基づいて入力部２からデータを再入力して設計と解析を繰り返す。そして解析結果において問題点が無くなったところで設計を完了する。
【００４９】
以上のように、予め基板モジュール内において解析された電磁界解析モデル、熱分布解析モデルを再利用して基板全体の電磁界解析、熱分布解析を行うことにより、解析時間が大幅に短縮され、設計者は解析結果を確認しながら、細かい設計変更を何度も行える。
【００５０】
この実施例では、基板モジュールごとに準備された解析モデルを用いて特性解析を行う実施の一形態として、電磁界解析及び熱分布解析を例に挙げて説明したが、この発明の本質は、これらの解析の種類に限定されるものではなく、波形解析やその他の種類の解析にも適用可能である。また、解析モデルの態様は、この実施例の記載に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のライブラリ化されたモジュールを用いて基板レイアウトの設計・検証を行う基板配線設計・検証装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の基板モジュールライブラリ１の内部構成示したブロック図である
【図３】図１の基板モジュール１１の実装と、それに対応する電磁界解析モデル１４を示す説明図である。
【図４】この発明に係る電磁界解析モデルを数値データとして格納するデータテーブルの一例示す説明図である。
【図５】この発明に係る基板レイアウト生成に対応して電磁界解析モデルが結合されることを模式的に示す説明図である。
【図６】この発明に係る電磁界解析モデル１４ａが１４ｂ、１４ｃ・・・と電磁的に結合されて影響を受ける様子を示す説明図である。
【図７】この発明に係る基板モジュールの実装と、それに対応する熱分布解析モデルを示す説明図である。
【図８】この発明に係る熱分布解析モデルを数値データとして格納するデータテーブルの一例を示す説明図である。
【図９】この発明に係る基板レイアウト生成に対応して熱分布解析モデルが結合されることを模式的に示す説明図である。
【図１０】この発明において、互いに簡略化レベルの異なる熱分布解析モデル同士の結合を示す説明図である。
【図１１】図１の電磁界解析モデル結合部５が行う処理の内容を示すフローチャートである。
【図１２】図１の電磁界解析部６が行う処理の内容を示すフローチャートである。
【図１３】図１の熱分布解析モデル結合部８が行う処理の内容を示すフローチャートである。
【図１４】図１の熱分布解析部９が行う処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板モジュールライブラリ
２  入力部
３  モジュール結合部
４  基板レイアウト生成部
５  電磁界解析モデル結合部
６  電磁界解析部
７  電磁界解析結果出力部
８  熱分布解析モデル結合部
９  熱分布解析部
１０  熱分布解析結果出力部
１１  基板モジュール
１２  回路情報
１３  実装情報
１４  電磁界解析モデル
１４ａ  電磁界解析モデルａ
１４ｂ  電磁界解析モデルｂ
１４ｃ  電磁界解析モデルｃ
１４ｉ  電流分布モデル（電磁界解析モデル）
１４ｐ  電磁放射点モデル（電磁界解析モデル）
１５  熱分布解析モデル
１６  部品情報
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  熱分布解析モデル
２０  出力部
２１  記憶部
２２  基板レイアウト出力部
【図１】
2006012049.tif 000003
【図２】
2006012049.tif 000004
【図３】
2006012049.tif 000005
【図４】
2006012049.tif 000006
【図５】
2006012049.tif 000007
【図６】
2006012049.tif 000008
【図７】
2006012049.tif 000009
【図８】
2006012049.tif 000010
【図９】
2006012049.tif 000011
【図１０】
2006012049.tif 000012
【図１１】
2006012049.tif 000013
【図１２】
2006012049.tif 000014
【図１３】
2006012049.tif 000015
【図１４】
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